Anvendelser af geologi i ingeniørkonstruktioner

Denne artikel sætter lys på de top seks anvendelser af geologi inden for ingeniørkonstruktion.

1. Bygningssten:

Der er forskellige slags sten, der skal klædes og arbejdes for at forme til deres udnyttelse i konstruktioner. Visse geologiske og fysiske egenskaber skal være opfyldt for en god bygningssten. Holdbarhed, lette transport og et behageligt udseende udover lette stenbrudsprocessen er nogle af de vigtige egenskaber, der kræves til bygning af sten.

Det er nødvendigt at kende bygningsstenens mineralsammensætning for at bestemme dets egnethed og holdbarhed. Visse mineraler som chert, pyrit, høj glimmerindhold er skadelige og skadelige, og sten indeholdende dem skal undgås. Tilstedeværelse af mineraler som pyrit, som oxiderer let, producerer stygge pletter, gør sten uønsket. Grove kornede klipper er svagere end fint kornede klipper.

For at en sten skal være holdbar, skal den opretholde sin oprindelige størrelse, styrke og udseende i meget lange perioder. Disse er kun mulige, når stenene har kapacitet til at modstå vejrtrækning af atmosfæren og regnen. Andre ejendomme til byggearbejde og andre ejendomme til gode bygningssten er knusningsstyrke, brandmodstand, absorption etc.

De almindeligt anvendte sten til bygninger og andre konstruktioner er granit og andre beslægtede gnister og kalksten, marmor, skifer, sandsten. Blandt de stivne og igennemgangsmæssige metamorfe klipper er de almindeligt anvendte klipper granitter og gneisser.

Granitter, på grund af deres granulære tekstur, bruges mest velegnet farve og gunstige egenskaber som høj trykstyrke og lav absorption. Granitter kan let brydes sammen, da de har visse veludviklede led og afdelingsfly. Til vejmetal basalter og doleritter er egnede. Disse er dog ikke foretrukket til byggearbejde, da de enten er mørke eller kedelige i farve.

Sandsten og kvartitter forekommer rigeligt og bruges til byggearbejde. Kvartsitter på grund af ekstrem hårdhed gør det vanskeligt og kan ikke foretrækkes i murværk. Kalksten, der let brydes, bruges hovedsagelig til byggearbejder. De er lette og tilgængelige i behagelige farver. Marmor bruges mest til dekorativt arbejde i bygninger.

Skifer, der er en metamorf sten, kan fordeles jævnt i tynde lag og bruges til tagdækning og belægning i bygninger. Laterit bruges en holdbar sten som bygningssten. Det bruges også som vejmetal, især i tropiske lande som Indien. Med den brede brug af cementbeton i bygninger og andre konstruktioner knuses sten til små størrelser og bruges til at lave cementbeton.

For aggregater til fremstilling af betongranitter anvendes oftest kvartsitter og basalt. I dag er bygninger beton og armeret betonvægge undertiden udsat for sten til at præsentere et attraktivt udseende og også at tjene som et beskyttende lag mod regnvand og atmosfæriske gasser.

Natursten præsenterer storhed og skønhed til bygninger. Udover disse er vedligeholdelse og vedligeholdelse af stenstrukturer ikke vanskeligt, og derfor anvendes granitter og kalksten i vid udstrækning som stående sten.

Indiens bygningssten:

De fleste af templerne og offentlige bygninger i det sydlige Indien var bygget af granitter og gneisser, der var tilgængelige i Indiens ældste arkæske klipper. En række granit kaldet charnockite er en fremragende bygningssten, der bruges i opførelsen af ​​de syv pagoder på Mahabalipuram nær Chennai. Vindhyan sandstenene og også sandsten af ​​andre ældre formationer bruges meget som gode bygningssten i Indien.

Vindhyan sandstenene blev brugt i konstruktioner af store strukturer som de buddhistiske Stupas i Saranath, Barhut, Sanchi, kejseren Akbar's by Fatehpur Sikri nær Agra og de berømte Mughal-bygninger i Agra og Delhi, Loksabha-bygningerne, Rashtrapati Bhavan og administrative kontorbygninger af indiens regering i new delhi Vindhyan sandsten bruges til gulvbelægning, tagdækning, telegraphængder, vindueskarme mv.

Athgarh sandstenene i de øvre Gondwana klipper i Orissa er en bred vifte af skønhed og holdbarhed. Disse sandsten blev brugt i konstruktionerne af de berømte templer Puri-Jagannath, Bhubaneswar, Konark og de buddhistiske huler ved Kandagiri og Udayagiri. Tirupathi-sandstenene i Andhra Pradesh og Sathyavedu-sandstenene i Tamil Nadu anvendes i bygninger, og disse sandstener fås også fra Gowanda-formationerne.

Kalksten findes på mange steder i Indien. Disse tjener som fremragende bygnings- og prydesten. Den prestigefyldte Taj Mahal blev bygget af Makrana-marmorerne af Archaen Dharwars. Kalksten af ​​god kvalitet findes i Guntur og Kurnool distrikterne i Andhra Pradesh.

De berømte cadappablade, der bruges som brosten, bordplader, skridt og hegn sten, er fra kalksten, der er brudt i Andhra Pradesh nær Yerraguntha (Cadappa distrikt) og Betamcherla (Kurnool distrikt). De tager en god polsk og kan opdeles i plader 12 mm eller mere i tykkelse op til 1, 25 m i størrelse.

Maharashtra, Madhya Pradesh, Malabar vestkyst og andre steder er kendt for forekomst af god kvalitet laterit. Det er en holdbar bygningssten. Det giver mulighed for at blive skåret i blokke, når det er friskbrudt. Det bliver hærdet ved udsættelse for luft. På grund af sin rigelige forekomst bruges den også som vejmetal.

Skifer er brugt nær Dharmsala i Kangra distriktet, Kund i Gurgaon distriktet, Monghyr i Bihar og Markapur på Nellore-Kurnool grænsen.

Stenbrud:

To forskellige typer stenbrud følges. I en type stenbrud er objektet at opnå sten i form af store og ubeskadigede blokke. I den anden type er målet at få grove uregelmæssige former for sten beregnet til betonaggregat, vejmetal og forskellige fremstillingsprocesser.

Metoden til stenbrud afhænger af strukturen, spaltningen, hårdheden, sammensætningen og andre fysiske egenskaber samt placeringen og karakteren af ​​aflejringerne.

Et grundlæggende princip i stenbrud er, at stenbrudets arbejdsflade skal være så planlagt, at den adskilte sten skal glide fri og glide fremad, hovedsagelig på grund af sin egen vægt. Det kan ikke være berettiget at starte et deponerings udviklingsarbejde, før vi er sikre på tilgængeligheden af ​​rock i ønsket kvalitet og i rigelig mængde, der er værdig til rentabel udnyttelse.

Som skarphed eller klippe langs en gulley eller stream kan tjene som en værdifuld indikator for at forstå tværsnittet på forskellige niveauer, og det tillader også tests for kvalitet på forskellige niveauer. I situationer, hvor sådanne forhold ikke eksisterer på stedet, kan det være ønskeligt at bore testhuller med intervaller for at indsamle data af rockets kvalitet.

Kvaliteten og egenskaberne af klippen, der brydes, afhænger af dens udnyttelse. For eksempel er den kemiske sammensætning af klippen en vigtig overvejelse, der skal bruges som ovnfluss, i kalk eller cement. De fysiske egenskaber er vigtigere, hvor klipperne er beregnet til at bygge sten eller dimensionere sten end kemiske egenskaber. (Dimension sten refererer til sten masser kræves i form af blokke af specificerede former og størrelser).

Quarrying metoder afhænger af geologiske funktioner. Der er tre vigtige metoder til stenbrud, nemlig. Plug and feather metode. Eksplosiv eller sprængningsmetode og kanalisering ved maskiner.

Proppen og fjermetoden i kile og skæring er lavet i stenbrudssandsten. Den eksplosive eller sprengningsmetode anvendes til knust stenbrud. Metoden er at bore, sprænge med eksplosivstoffer og stenbrud materialet. Metoden til kanalisering ved maskiner anvendes til stenbrud.

2. Vandforsyning:

Kilderne til vandforsyningen er (i) overfladevand fra floder og oplagringsreservoirer (ii) underjordiske farvande fra brønde, dybe boringer og artesiske brønde. Når regn falder på land, spredes den dels ved at løbe fra overfladen og dels ved perkolering i jorden. I fugtige, tempererede, lave landområder anslås det, at en tredjedel af regnen falder indsamlet, udgør afløbet, en tredjedel synker ned i jorden, og balancen forsvinder ved fordampning.

Kilder til grundvand:

Underfladen vand er afledt af en række kilder. Til dels er underjordisk vand et direkte bidrag fra magmatisk eller vulkansk aktivitet. Ved krystalliseringsprocessen udelukkes vand, som bevæger sig ind i den tilstødende sten for at blive en del af den underjordiske forsyning. Sådant vand, der er udelukket ved krystallisation af støbte klipper, kaldes juvenilt vand eller magmatisk vand. (Mange malmaflejringer og mineralåre er lavet af juvenilt vand).

Under havene holder de sedimenter, der er afsat, noget vand i mellemrummene. Efter nogle uigennemtrængelige sedimenter er deponeret, kan noget af dette vand blive fængslet og bevaret i sedimenterne, indtil det er tappet. Vand, der er fanget i sedimenter på tidspunktet for deres deponering kaldes connate vand. Saltet vand, der opstår lokalt i nogle indlandsbrønde, er connate vand.

Hovedkilden til undergrundsvandet er en del af nedbør, der synker ned i jorden. Denne store del af grundvandet hedder meteorisk vand.

Vandforsyninger fra overfladekilder omfatter ikke kun vand, der er opnået lokalt fra floder og søer, men også fra påskårne reservoirer, der hovedsagelig ligger i en vis afstand fra det område, der skal leveres. Således udnytter en by, der ligger tæt på en stor flod, vandet fra denne kilde. Vandet filtreres og om nødvendigt renses kemisk og bakteriologisk, inden det anvendes.

Flodkilderne er let tilgængelige og ofte billigere at opnå end brøndforsyninger, som kan indebære et dyrt boreprogram. Tværtimod er omkostningerne ved rensning af floden vand, før det bliver offentliggjort, større end udgifterne til behandling af godt vand.

Søer og floder skete at være det nemmeste sted, hvorfra vand kunne opnås. Men selv i den tidligste civilisation er det velkendt, at der eksisterede behovet for at bore brønde for at trække vand fra jorden. Pore ​​rum af sten holder vand. I u-cementerede sandstener udgør porerne 20 til 25 procent af klippen.

I skiffer kan porøsiteten stadig være højere. Imidlertid er det muligt kun at opnå vand fra sådanne sten, som har en betydelig permeabilitet ud over porøsiteten. Disse reservoir klipper kaldes akviferer. Aquifers består hovedsagelig af sandsten. Nogle kalksten og andre klipper indeholder også vand i brud i dem. Hastigheden af ​​vand er sandsynligvis høj langs fejl og fælles zoner.

3. Vandtabel:

Vandbordet er en af ​​de vigtigste funktioner i forbindelse med undersøgelsen af ​​grundvand. Vandbordet er det niveau, under hvilket jorden er fuldt mættet med vand, og over hvorpå porerne i porerne indeholder noget vand og også luft. Vandbordet stiger under bakker og falder mod søer og vandløb.

Fig. 18.1 Viser det typiske forhold mellem vandbordet og topografien. Vandet bordet vil naturligvis være på niveauet af floder og søer ved deres margener. Dybden fra jordoverfladen til vandbordet afhænger meget af typen af ​​rock og klima. I fugtige områder kan mættet jord nås et par meter dybde under overfladen.

Vandbordet i sumpene ligger ved eller lidt over jordoverfladen. Tværtimod i ørkener kan vandbordet være hundreder af meter under jordoverfladen. Generelt bliver alle sten under vandbordet mættet med vand, indtil et niveau nås nedad, hvor højtrykket på grund af vægten af ​​overbelastningen reducerer porrummet næsten til nul. Der er nogle tilfælde af uigennemtrængelige lag, der kan holde noget vand på en dybde højere end det normale grundvandsbord af området.

Der kan forekomme nogle situationer, hvor uigennemtrængelige lag kan indeholde en vandmasse på et niveau højere end niveauet for det normale grundvandsbord. I sådanne tilfælde er det som det fremgår af figur 18.2 klart, at overkroppen af ​​vand kan trænge igennem ved at bore en brønd, mens den underliggende jord kan være næsten tør.

Vandtabellforholdene kan variere over mange områder på grund af veksling af permeable og uigennemtrængelige lag, foldnings- og fejllinjer. Uigennemtrængelige lag kan forhindre strømmen af ​​underjordisk vand og isolere de vandbærende horisonter med det resultat, at hver gruppe af gennemtrængeligt lag kan have sit eget uafhængige vandbord. Ud afgrøder af sådanne lag er generelt ansvarlige for linjer af intermitterende fjedre langs en bakkeside som i figur 18.3.

4. Artesian Wells:

På bestemte steder holdes grundvand i en gennemtrængelig zone ved uigennemtrængelige sten på to sider. Vandet, der holdes så, er begrænset vand, og den permeable zone kaldes en akvifer. Dette begrænsede vand er normalt under tryk og vil derfor stige i en brønd, der tapper det. Et sådant begrænset vand under tryk kaldes kunstvand. En brønd, hvor vandet stiger over det tilstødende grundvandsniveau, kaldes en artesisk brønd.

Følgende betingelser er nødvendige for artesisk strømning:

(i) En gennemtrængelig zone eller seng, dvs. en akvifer.

(ii) Relativt uigennemtrængelige klipper over og under for at begrænse vandet i akvariet.

(iii) Tilstrækkelig dykning af akviferen for at tilvejebringe en hydraulisk gradient.

(iv) Et indtagsområde, således at vandfugeren kan blive opladet med vand.

Disse betingelser er vist i figur 18.4. Det uigennemtrængelige klippelag over og under akvariet er nødvendigt for at sikre mod hovedtab. Sengernes hældning giver en hydraulisk gradient, der strækker sig fra niveauet af mætning ned i strukturen, så vidt strukturen fortsætter. Artesiske farvande findes mest i permeable sandsten lag dækket af uigennemtrængelige skifer eller andre typer i en sedimentær rock serie.

Når vand pumpes kontinuerligt fra en brønd, er udløbshastigheden gennem klipperne sædvanligvis meget mindre end pumpens hastighed, og strømmen gennem klipper vil være utilstrækkelig til at opretholde det oprindelige hoved, og vandtabellen er derfor trykket ned omkring brønden, der fører til et deprimeret konisk vandbord kaldet kegle af depression eller kegle af udmattelse. En dyb brønd, hvorfra en stor udladningshastighed pumpes, kan resultere i at bringe nabostillede mindre brønde til stede inden for området af depressionskappe til en tilstand af udmattelse.

Grundvand i kystregioner og øer:

Tilstedeværelsen af ​​fersk grundvand i kystområder og øer er et spørgsmål af interesse. Strata i sådanne områder er permeable, hovedsagelig bestående af sand, loam, koraller, kalksten osv. Når regn falder, infiltrerer regnvandet gennem denne lag og bliver det friske grundvand.

Havets saltvand siver imidlertid ind i underlaget, der skubber ferskvandet op for at gøre det flydende over det, da havvand er tættere end ferskvand. (Det kan bemærkes, at en 12 m søjle med saltvand af havet balancerer en 12, 3 m kolonne ferskvand). I figur 18.6 afbalanceres ferskvands Colum H af saltvandets højde h. Hvis højden af ​​ferskvandsbordet over havets overflade er t.

Derefter H = h + t = Sh

hvor S = saltvandets specifikke vægt.

(S - 1) h = t

H = t / S - 1

Ground Water forekomster i Indien:

Indus og Ganges-flodene er store reservoirer af ferskvand, der leverer brøndene. I de kuperede områder findes der kilder, hvor gennemtrængelige og uigennemtrængelige klipper er indlejret og skrå eller foldet. De dannes, hvor klipper krydses af led, sprækker og fejl.

Vesikulære basalter danner gode akvatiske stoffer i Deccan-fældeformationerne i Maharashtra og Madhya Pradesh, hvilket giver godt vand. Gujarat, Syd Arcot i Tamil Nadu, Pondicherry og Øst og Vest Godavari distrikter i Andhra Pradesh indeholder artesiske fjedre.

I Tanjore, Madurai og Trunelveli distrikterne i Tamil Nadu er undergrunden ler eller blød sten, der giver en rimelig mængde godt vand. I vestkystområderne som Kerala og Karnataka er substratet laterite, hvilket giver det meste god grundvand. Termiske og mineralske kilder er til stede i flere dele af Indien - Mumbai, Punjab, Bihar, Assam, foden af ​​Himalaya og Kashmir.

5. Damsteder og reservoirer:

Distinkt fra flodforsyninger giver overfladekilderne vand til byer, vandet opbevares i opfangende reservoirer og transporteres til byerne ved rørledning og akvedukt. Dæmninger er også til at skælde vand til vandkraftproduktion sammen med tunneler til transport af vand.

Hvor afrundingen udnyttes på denne måde (som adskiller sig fra perkoleringsfraktionen af ​​regnfaldet) og vandet er skulpteret, er der mange geologiske faktorer, der skal overvejes ved valget af stedet for både reservoiret og dæmningen. Reservoiret skal have maksimal vandbesparelseseffektivitet, og dæmningen skal fastgøres sikkert.

Geologiske råd er nu en dag søgt efter de fleste store anlægsvirksomheder og er generelt afgørende, hvor der skal vælges et sted af enhver størrelse for et reservoir.

Når de geologiske forhold undersøges, og det viser sig at være tilfredsstillende, kan det håndteres af ingeniøren, men ingeniøren skal have tilstrækkelig viden om geologi til at genkende de sandsynlige problemer, der måtte opstå, og hvornår man skal have en ekspertrådgivning.

Der skal foretages en grundig geologisk undersøgelse inden arbejdet påbegyndes, og alle observationer skal fortsætte under deres fremskridt, da yderligere oplysninger kan blive tilgængelige, og der kan være behov for geologiske forudsigelser for at styre udgravningsprogrammet, efterhånden som bygningen fortsætter.

Det skal indlyses, at svigtet af en stor dæmning resulterer i udbredt katastrofe nedstrøms, en katastrofe involverer ordentligt og lever af hundredvis. Ingeniørerne og deres medarbejdere har derfor ekstraordinært ansvar. De geologiske problemer på nogle steder kan opstå uventet, og de kan være komplekse, der kræver højt kvalificeret faglig analyse.

Det kan ikke være for sent at nævne, at det er rigtigt, at mange dæmningsfejl forekommer ikke på grund af mangelfuld konstruktion af selve strukturen, men på grund af sådanne geologiske forhold, som ikke på forhånd blev tilstrækkeligt forstået. Hvis sværhedsgraden af ​​grundvandsløbet var ubemærket og dæmningen er bygget ved høje udgifter, kan dammen endda forblive stærk og robust, men uden at stige vandstanden opstrøms og dermed besejre selve formålet med dæmningen.

Forfatteren er fristet til at citere de mest berørende ord fra den store geolog. Berkey i hans papir Ansvar for geologerne i ingeniørprojekter.

Damme skal stå. Ikke alle gør det, og der er alle grader af usikkerhed om dem. Reservoirerne skal holde vand. Ikke alle gør det, og der er mange måder, hvorpå vand kan gå tabt.

Arbejdet skal udføres sikkert som et byggearbejde. Ikke alle er, der findes mange kilder til fare.

Hele strukturen skal være permanent, og arbejdet har ret til at blive gjort inden for det oprindelige estimat. Ikke alle er, og der er mange grunde til deres fiasko eller overpris, de fleste af dem er geologiske eller geologiske afhængighed.

Typer og formål:

Dæmninger er konstrueret til at fungere som barrierer for at inddampe vand beregnet til forskellige formål. De vigtigste anvendelser er at levere strømregulering og opbevaring til kommunalt eller industrielt vandforsyning, kraft, vanding, oversvømmelseskontrol, regulering af strømaflejringer etc.

De vigtigste klasser af dæmninger er jord- eller stenfyldnings- og murværksdamme. Udvælgelse af jord eller stenfyldningstype er baseret på fundament, materialekilder og selvfølgelig på projektets økonomi. I situationer, hvor det underliggende materiale er for svagt til at understøtte en murværnsdam, og stærke klipper eksisterer kun på meget store dybder, anvendes jorden eller stenfyldte dæmninger.

Hvor uigennemtrængelig sten på stedet er til stede i små dybder, som er stærke nok til at understøtte en murværk, kan der enten bygges en mursten eller jorddam. Valget ville være resultatet af økonomisk analyse.

Jorddæmmer kan være homogent uigennemtrængelige eller kan forsynes med uigennemtrængelige kerner og overflader. De sædvanlige typer beton dæmninger er tyngdekraften, bue og bælte typer. Jord og såvel som mursten dæmninger kræver økonomiske kilder til det nødvendige materiale, der er nødvendigt til konstruktionen.

6. Tunneler:

Måske er der i ingen andre ingeniørprojekter muligheden, planlægningen, omkostningen, designen, de anvendte teknikker og risikoen for alvorlige ulykker under opførelsen er så afhængige af geologi på stedet som i tunneling.

Mens den zone, hvor en tunnel er bygget, bestemmes af dens formål, er beslutningen om at tunnelere (snarere end at bygge en bro) påvirket af de relative geologiske vanskeligheder. Den præcise linje af tunnel kan afgøres ved et valg af gunstige eller vanskelige lokale geologiske forhold.

Den relative lethed ved udvindingen af ​​klipper og stabiliteten af ​​klippen og ansigten er hovedfaktorerne i fremskridt og fastsættelse af omkostninger, og også ved at finde ud af, om en kedelig boremaskine kan anvendes, og om jorden har behov for støtte, og om det er nødvendigt at bruge trykluft.

F.eks. Hvis en begravet kanal eller dybe skur i fyldt med mættet sand og grus blev mødt med uventet, vil den resulterende vandstrøm ved tunnelfladen resultere i en alvorlig ulykke.

I et tunnelprojekt skal følgende geologiske faktorer overvejes:

(a) Nemheden ved udvinding af klipper og jord.

(b) Stenernes styrke og behovet for at støtte dem.

(c) Hvor meget stenmateriale udilsigtet udgraves ud over den planlagte omkreds af tunnelplanet (dvs. overbrud), hvor sprøjtemidler anvendes.

(d) Tilstanden af ​​grundvand er til stede og skal drænes det samme.

(e) Den mulige høje temperatur, der hersker i meget lange tunneler, og det deraf følgende behov for ventilation.

Omfanget af graden af ​​forandring i ovenstående forhold langs tunnellinjen er vigtig i planlægningen og også omkostningerne. Ændringen er relateret til den struktur, der styrer hvilken rocktype der er til stede i et bestemt segment af tunnelen, og hvordan rocklagene og andre anisotrope egenskaber er orienteret med hensyn til tunnelfladen, og hvor meget svækkes af brud.

Til udgravning af en tunnel er de ideelle geologiske forhold følgende:

(a) Der findes en type sten.

(b) Fejlzoner og indtrængen er fraværende.

c) Der kræves ingen særlige støtteordninger nær ansigt.

(d) Klipperne er uigennemtrængelige.

Under ensartede geologiske forhold kan der være ensartet fremskridt uden tidskrævende behov for ændringer af teknikker og udarbejdede sårbare arrangementer. Bergens evne til at stå på skære og omkostningsfaktoren er vigtige overvejelser.

Konstruktionen gøres meget dyr i følgende situationer:

(a) En stor del af vandet er opfyldt.

(b) På grund af for stor stenstemperatur er stedet uegnet til arbejdstagere.

(c) Sten er belastet med skadelige gasser.

Tunneler i løs jord:

I tilfælde, hvor en tunnel køres på lav dybde (sige på dybder på ca. 15 m) er der en mulig fare for takkollaps og også sammenbrud af sider på grund af radialt tryk. Det er derfor nødvendigt at tage forholdsregler under betjening og foring.

I tilfælde, hvor en tunnel drives på stor dybde (sige i dybder fra 30 m til 60 m), kan det konsoliderede materiale stå godt, medmindre det er tungt gennemblødt med vand. I dette tilfælde vil trykket på taget og siderne være mindre, og der er mindre mulighed for at klippe ned fra toppen og siderne. Tunnelen skal dog være foret i hele.

Tunneler i Igneous klipper:

I dette tilfælde findes høje stenstemperaturer. Jo dybere tunnelen, jo højere bliver temperaturen. Den høje temperatur kan overvindes ved vanding eller ved at give kold blast. Det er usandsynligt, at foråret vand vil blive ramt i denne sag. Der kan ikke være behov for træarbejde, undtagen i nogle få tilfælde. Foring kan også undgås.

Tunneler i sedimentære klipper:

I disse tilfælde kan der modtages store fjedre. Det er derfor nødvendigt at tilvejebringe foring. Sommetider opstår kulbrinte gasser, og disse overvindes af vandstråle.

Tunneler i metamorfe klipper:

Fremdriften af ​​tunneling afhænger af naturen af ​​klipperne og deres egenskaber som hårdhed, sammenhængskraft. Udgravning til tunnel er forholdsvis nemmere i konsoliderede klipper som gnister og metamorfe klipper. Eks .: granit, kalksten, marmor.

I tilfælde af stratificerede sedimentære klipper bør tunnelen være langs strejken af ​​senge, så de samme senge vil blive opfyldt i retning af fremskridt, og arbejdsvilkårene vil være de samme. I sedimentformationer kan tunnelens hoveddel være placeret i skifer og marl, da skæreprocessen vil være let.

Endvidere tjener den øvre sandsten som et godt tag, mens den nedre hårde kalksten kan tjene som et godt gulv. At give en tunnel i sandsten i skrå lag er farlig. Under tørrækforhold kan der ikke være en farlig tilstand, men når vandet perkolerer, bliver tilstanden farlig (figur 18.17).

I stratificerede klipper af tyndere ark udsættes en eller flere senge for tunnelen, og vandet kan finde vej. Der er chancer for bevægelser langs sengepladerne, og det er muligt, at hele tunnelens længde kan blive udsat for forskydning.

Hvor sengene er skråtstillede, bør vi undgå at placere tunnelen i sandsten. Desuden er det ikke tilrådeligt at placere tunnelen mellem sandsten og skifer, da sandsten er i stand til at glide mod skifer og blokere tunnelen.

Tunneler i skrå lag:

I dette tilfælde, hvis tunnelen er kørt over strejken af ​​en skråstrat, vil vand sandsynligvis blive mødt mest. Der er fare for, at en seng glider i forhold til den tilstødende seng under den.

Tunneler over antiklinisk fold:

I dette tilfælde er der en frygt for, at tag falder under bølgens bue lige over tunnelen.

Tunneler over synklinisk fold:

I dette tilfælde vil der være alvorlige problemer fra vand under artesiske forhold i sektionens porøse senge.

Metoder til udgravning:

Når en tunnel skal bygges gennem ikke-sammenhængende jord eller svage (bløde) klipper, er hovedproblemet at understøtte jorden i stedet for at udgrave det. Udgravningen udføres sædvanligvis ved hjælp af en blødt underlagsmaskine med et roterende skærehoved. Dette kan have et rotationsbrudssystem med fuld overflade, der forbliver i kontakt med jordoverfladen, når knivhovedet forløber.

Små skiver jord bliver fodret gennem slidser i skærehovedet. Arbejdsfladen understøttes af komprimeret væske, der kan være trykluft i tunnelen, eller hvor en kompleks maskine anvendes, begrænset til ansigtsområdet ved hjælp af et trykskot.

Den tidligere metode til at have trykluft i selve tunnelen indebærer risiko for handicap for arbejdstagerne og kræver unproductively brugt tid i slutningen af ​​hvert skifte på dekompression.

I den senere vellykkede udvikling tilføjes en slurry af mudder og vand med thixotropisk ler, i ansigtet i stedet for luft. Lejen modstår afvikling inden for gylle og har tendens til at danne en forseglingskage på ansigtet. Da maskinen arbejder fremad, er understøtninger installeret bagved den.

Hovedfaktoren for fremdriftshastigheden og omkostningerne ved konstruktion af tunnelen i stærke (hårde) klipper er for det meste den relative let udgravning. I den traditionelle metode sprænges successive afsnit af tunnelen ved at bore et mønster af huller i klippen og oplade dem med sprængstoffer og fyring.

Nødvendigheden for enhver støtte og den type støtte, der skal ydes, er afhængig af takets relative stabilitet og også tunnelens vægge. Bredt fordelte stenbolte og trådnet kan anvendes til små løsfragmenter, mens tæt bjælkebjælker kan anvendes, hvor der er risiko for stenfald.

I de senere tid er brugen af ​​eksplosivstoffer gradvist erstattet af rockboringmaskiner til visse typer større tunnelprojekter. Maskiner, der er udstyret med specialskærere, der indeholder tæt indbyrdes wolframkarbidindsatser, kan tackle sten med kompressionsspændingsstyrke på over 300 MN / m 2 .

Vanskeligheder som følge af lokale geologiske forhold:

Ved håndtering af soft-rock tunneler kan heterogene sten eller variable forhold, der er til stede på tunnelfladen, medføre alvorlige problemer med at øge omkostningerne. Hvis der opstår en kølle ler eller anden jord med store småsten med et næsten næsten umuligt problem, kan man stå over for, når gylleapparater er i drift.

Hårdrock rullende fræsere er effektive til hårde klippeblokke, men kan ikke være til brug i bløde jordbund. Jordens styrkeændring langs tunnellinjen bør forventes, så der kan anvendes passende støtte, når tunnelfladen bliver udgravet. Manglende evne til at gøre det kan føre til overgravning.

Bortset fra de åbenlyse variationer i styrke blandt jordtyper (for eksempel mellem ikke-sammenhængende sand og delvist konsolideret ler) kan variation i porøsitet og mætning medføre væsentlige forskelle. En lille variation i vandindholdet kan ændre en ellers stabil jord til løbende jorden. Jord på ustabilt sted kan konsolideres ved at injicere kemikalier eller cement i dem eller ved at fryse dem.

Ved tunneling gennem hård rock afhænger det relative vanskeligheder ved at udgrave bestemte sten afhængigt af, om der anvendes sprængstoffer, eller der anvendes en stenboring maskine. Ikke desto mindre deler begge metoder visse vigtige faktorer. I begge tilfælde er graden af ​​udgravning omvendt relateret til knusningsstyrken af ​​klipperne og direkte relateret til mængden af ​​brud.

I processen hvor sprøjtemidler anvendes, er forholdet til styrke kompliceret af den måde, hvorpå nogle svage, ikke-sprøde sten som glimmer-skist, reagerer på blast og ikke trækker godt for en given ladning og af den langt større rolle, som bryder sammen spiller.

Frakturer tjener ikke kun som stier til udvidelse af gasser fra eksplosionen, men også som svage sider, hvorigennem sten vil dele. Ved tunneling afhænger de letborede huller i hårdheden af ​​rockens hårdhed og slidstyrke og også på variationen af ​​hårdhed indenfor den. Boret kan være tilbøjelig til at blive afbøjet ved en skarp grænse mellem hårde og bløde tilstande.

De mest sandsynlige hårde mineraler, der sandsynligvis kan indebære problemer, er de forskellige typer af silica, såsom kvarts, flint eller chert, der kan forekomme som vener eller knuderende konkretioner. Shales indeholdende jernsten knudepunkter kan også besvær som en akavet blanding. Relativt hårde mineraler og stærke klipper dannes ofte ved termisk metamorfisme.

En svag og blød kalkholdig skist kan forvandle sig til en stærk hård calchornfels. Dette har vist sig at være en væsentlig geologisk faktor i nogle vandkraftprojekter, hvor reservoiret ligger på et sted på høj jord svarende til en udgrøde af stor granitindbrud.

Tunneling inden for termisk zone har tendens til at blive mere og mere vanskeligt, da granit er nærmet. Overdreven udvinding af stenmateriale på grund af svage sider kan føre til overbrud og også at falde ned fra taget.

En vis procentdel af overskydende udgravning i forhold til det perfekte afsnit er normalt dækket af kontrakten. Den udbrud, der opstår under udgravningen, afhænger af sammenføjningen og tilstedeværelsen af ​​andre svækkelsesplaner som strømplaner, skistositet. Generelt giver bedstede sten med brud udbrud, mens massiv ensartet klippe, der er korrekt blæst, giver en ren del.

Overdreven udbrud og risiko for at sten falder fra taget er ansvarlig i følgende situationer:

(a) På fejlzoner, især hvis løst cementerede breccier.

(b) Ved dykker, der er snævrere end tunnelen, der har udviklet leddene.

(c) Ved synkliniske akser, hvor der findes spændingsled.

(d) På lag af løst komprimerede fragmentariske sten.

(e) Hvor der er tynde lag af stærke og svage klipper (f.eks. ændringer af kalksten og skifer) på tagniveauet eller strejke langs tunnelen og få en stejl dybde.

Udsugning i en tunnel:

Omfanget af udskylning i en tunnel gennem gennemtrængelige klipper og ledd er en vigtig faktor, der skal tages i betragtning. Dette skal vurderes ud fra kendskab til grundvandsforhold, massegennemtrængelighed af sten og den geologiske struktur.

For eksempel er granit, gnej, skist og sådanne krystallinske sten typisk tør, bortset fra mulig strømning langs led og fejl og måske ved margener af eventuelle dykker, der skærer dem.

I tilfælde af gennemtrængelige klipper forventes grundvandsmængden i tunnelen at stige i fejlzonen og ved synklinale akser. Sprækker fyldt med vand, især i kalksten, udgør en alvorlig fare. Dette skal sikres mod ved at probere foran arbejdsfladen med små vandrette huller.